(57)【要約】    【課題】  内面反射防止特性が良く、耐環境性が良く、しかも経年劣化が少なく光学系に用いたときにフレアやゴーストの発生を少なくすることができる光学素子を得ること。    【解決手段】  透明な基板の光入出射面のうち少なくとも１面に反射防止膜を形成した光学素子であって、該光学素子の側端のコバ部は粗面より成り、該粗面の上に使用波長域で実質透明な皮膜を一層以上形成した下地層と、該下地層の上に使用波長において実質不透明な塗膜が形成されていること。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基板の光入出射面のうち少なくとも１面に反射防止膜を形成した光学素子であって、該光学素子の側端のコバ部は粗面より成り、該粗面の上に使用波長域で実質透明な皮膜を一層以上形成した下地層と、該下地層の上に使用波長において実質不透明な塗膜が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光学素子のコバ部の粗面の表面粗さｒｍｓは
５μｍ＜ｒｍｓ＜２０μｍ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記下地層の厚さＤは、
０．１ｎｍ＜Ｄ＜１００ｎｍ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記下地層の少なくとも１つの皮膜はシランカップリング剤より成ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記透明な基板はアルカリ金属を１％以上含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記塗膜は、樹脂および使用波長域において、不透明成分を含有し、さらに添加剤又は硬化剤のうち、少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記塗膜は、形成後に温水処理および樹脂軟化点の焼成工程を介して形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記不透明成分は、コールタール，コールタールピッチ，染料，顔料，不透明微粒子のうち，いずれか一つ以上を含有することを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
【請求項９】
前記塗膜は、黒色顔料又は黒色染料の少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学素子を、一以上有していることを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレアやゴーストなどの発生原因となる有害光を効果的に抑制したレンズやプリズム等の光学素子及びそれを有する光学系に関し、カメラ、プロジェクター等の光学機器の光学系に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラやプロジェクター等の光学機器の光学系に用いられているレンズ、プリズム等の光学素子には、結像光束以外の有害光が像面に入射するのを防止するための反射防止手段が設けられている。有害光としては光学素子の光入出射面からの反射光や光学素子の端面のコバ部からの反射光がある。
【０００３】
これらの有害光はフレアやゴーストなどの発生原因となる。従来よりこのような有害光の発生を防止するために種々な手段が用いられている。例えば
（イ）光線有効部となるレンズ面に入射した光の透過率を向上させ、反射率を低減する反射防止手段を形成して有害光の発生を防止する。
（ロ）非光線有効部となるコバ部（レンズコバ部）に光の吸収率を向上させ、反射率を低減する反射防止手段を形成して有害光の発生を防止する。
【０００４】
従来より、（イ）の方法としては、レンズ面に真空蒸着法やスパッタリング法などにより誘電体薄膜を一層乃至多層設け、反射防止膜を形成する方法が広く利用されている。一方、（ロ）の方法としては、使用波長において実質的に不透明な塗料を非光線有効部、例えばレンズ側端のコバ部に塗布する方法が一般的に用いられている。（ロ）の方法を用いてレンズやプリズム等の光学素子の内面反射を防止し、有害光の発生を軽減した光学素子が知られている（特許文献１、２）。
【０００５】
特許文献１では、コールタールまたはコールタールピッチと、ビニルエステルまたはアクリロニトリルとの共重合体である塩化ビニリデン系共重合体とを含有する内面反射防止塗料を用いた光学素子を提案している。特許文献１では、このような内面反射防止塗料を用いることによって、レンズ端面における反射を効果的に防止している。また、特許文献２では、レンズの側面に黒色艶消し塗料を塗布し、その塗布された膜を覆うように撥水性コートを形成している。これによって黒色艶消し塗料内への水分の浸入を防ぎ、カビの発生やガラス基材の溶解によるヤケの発生を抑制した内面反射防止膜を用いた光学素子を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭５８−００４９４６号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内面反射防止塗料を特許文献１ではレンズの非光線有効部となるコバ部（ガラス面）に直接塗布してレンズの内面で反射される有害光の発生を軽減している。特許文献２では光学素子のコバ部に黒色塗料による塗布剤を直接塗布し、塗膜を形成している。そして塗膜を覆い隠すように撥水コート（撥水膜）を塗布し外部からの水分の進入を防止し、カビの発生やガラス基材の溶解によるヤケの発生を抑制している。
【０００８】
一般にガラス材（ガラス面）に直接、内面反射防止用の黒色塗料を塗布すると、塗料に含まれる樹脂が耐環境性により、経年劣化が起こす。この結果ガラス面と内面反射防止用の黒色塗料の界面の密着性が弱まり、内面反射防止用の黒色塗料の浮き（ハガレ）が発生してくる場合がある。ガラス面より黒色塗料の浮きが発生すると、その部分の内面反射防止効果が無くなり、そこで反射される反射光が有害光となりフレアやゴーストなどが発生しやすくなる。
【０００９】
本発明は、内面反射防止特性が良く、耐環境性が良く、しかも経年劣化が少なく光学系に用いたときにフレアやゴーストの発生を少なくすることができる光学素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学素子は、透明な基板の光入出射面のうち少なくとも１面に反射防止膜を形成した光学素子であって、該光学素子の側端のコバ部は粗面より成り、該粗面の上に使用波長域で実質透明な皮膜を一層以上形成した下地層と、該下地層の上に使用波長において実質不透明な塗膜が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内面反射防止特性が良く、耐環境性が良く、しかも経年劣化が少なく光学系に用いたときにフレアやゴーストの発生を少なくすることができる光学素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の光学素子の概略断面図
【図２】本発明の実施例２の光学素子の概略断面図
【図３】本発明の実施例３の結像光学系のレンズ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の光学素子は、透明なレンズ、プリズム等の基板の光入出射面のうち少なくとも１面に反射防止膜が形成されている。反射防止膜としては誘電体薄膜や使用波長域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）よりも平均ピッチが小さい複数の構造部を配列した反射防止構造体等である。光学素子の非光線有効部である側端のコバ部は粗面より成っている。粗面の表面粗さｒｍｓは
５μｍ＜ｒｍｓ＜２０μｍ
なる条件を満足している。粗面の上に使用波長域で実質透明な皮膜を一層以上形成した下地層と、下地層の上に使用波長において実質不透明な塗膜が形成されている。下地層の厚さＤは、
０．１ｎｍ＜Ｄ＜１００ｎｍ
なる条件を満足している。使用波長において実質不透明な塗膜は、樹脂および使用波長域において、不透明成分を含有し、さらに添加剤又は硬化剤のうち、少なくとも一方を含有している。
【００１４】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１の光学素子の概略断面図である。図１において、光学素子１はメニスカス形状の負レンズである。光学素子１の光入出射面の２つのレンズ面２ａ，２ｂは光線有効部で透過面より成っている。レンズ面２ａ，２ｂの光線有効部にはそれぞれ反射防止膜４，５が形成されている。３は光学素子１の段差形状より成るコバ部で非光線有効部となっている。コバ部３は表面粗さｒｍｓが５μｍから２０μｍの範囲に入る粗さとなるように砥石で心取り加工を行い、粗面（拡散面）６となっている。非光線有効部のコバ面３の粗面６の上には、使用波長（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において実質的に透明な下地層７が塗布されている。
【００１５】
ここで実質的に透明な下地層７は、顔料や染料などの不透明成分を含有していないため、密着性や耐環境性を向上することができる。実質的に透明な下地層７を粗面６の上に塗布し、下地層７が乾燥後、その上に使用波長において実質的に不透明な塗膜８が形成され、これによって光学素子１を構成している。
【００１６】
光学素子１のメニスカス形状の基板はアルカリ金属を１％以上含有する、ガラス材より構成されている。アルカリ金属は１％以上３０％以下含有するのが良い。これによれば耐環境性が良く、内面反射防止の良い光学素子が容易に得られる。光学素子１は、２つのレンズ面２ａ，２ｂの光線有効部を研摩した後、コバ部３の（非光線有効部）の加工を行っている。コバ部３の表面は荒さが４００番の総型砥石を使用し、一段、段付き形状に加工をおこなった。コバ部３の粗面６の表面粗さｒｍｓは
５μｍ＜ｒｍｓ＜２０μｍ
の範囲とするのが良い。ここで表面粗さは表面（基準面）からの凹凸の大きさ、深さ等に依存し、ＪＩＳ０６０１−１９７６表面粗さの規格に基づいた測定方法によっている。
【００１７】
本実施例において、コバ部３の粗面６の表面粗さｒｍｓは平均で約１０μｍであった。本実施例ではコバ部３の形状を一段段付き形状としたが、コバ部３の形状はこれに限られるものではなく、段無しや多段形状，その他どのような形状でもかまわない。光学素子１はコバ部３の加工が終了後、レンズ洗浄機で洗浄後、光線有効部２ａ，２ｂにそれぞれ真空蒸着法で誘電体より成る多層反射防止膜を形成した。光線有効部２ａ、２ｂにおける反射防止膜の形成方法や、反射防止膜の種類や層数については任意であり、本実施例に限定するものではない。例えばスパッタリング法や有機膜をディップコートやスピンコートで、または無機膜と有機膜のハイブリット膜で反射防止膜の形成を行っても良い。
【００１８】
非光線有効部となるコバ部３は、粗面とした後、使用波長において実質的に透明なシランカップリング剤より成る皮膜を含む１層以上の皮膜より成る下地層７を形成した。更にその上には、使用波長において実質的に不透明なレンズ内面反射防止用の塗料（キヤノン化成株式会社製，商品名：GT-7）からなる塗膜８を形成している。図１では、下地層７，塗膜８ともデフォルメされ、非常に厚く描かれている。下地層７は透明であるため、上下面からの反射光が干渉してリップルが光る場合がある。そこで実際には、下地層７の厚さＤはコバ部３の内面反射防止特性に干渉によるリップルが出ない程度の厚さが望ましい。例えば
０．１ｎｍ＜Ｄ＜１００ｎｍ
の範囲とするのが良い。塗膜８は光学素子１を保持するレンズ鏡筒やレンズ保持部により異なるが１〜１００μｍ程度の厚さである。塗膜８は、形成後に温水処理および樹脂軟化点の焼成工程を介して形成されたものである。塗膜８は、黒色顔料又は黒色染料の少なくとも１つを含有する。また塗膜８が有する不透明成分としては、コールタール，コールタールピッチ，染料，顔料，不透明微粒子のうち，いずれか一つ以上を含有する。
【００１９】
本実施例では、下地層７としてシランカップリング剤より成る皮膜を使用したが、下地層７の種類については、本実施例においてはどのようなものでも良い。例えばポリシロキ酸、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、使用波長において実質的に透明であれば特に限定されるものではない。本実施例では、光学素子１の形状として、メニスカス形状のレンズを礼にとり示したが、本実施例はこの形状に限定されるものではない。例えば両凹形状のレンズ，両凸形状のレンズ，平凸形状のレンズ，平凹形状のレンズ，メニスカス形状の正レンズ，非球面レンズ，自由曲面レンズでも良い。又プリズムなど、どんな形状の光学素子でも良い。これは以下の実施例においても同様である。
【００２０】
以上のように本実施例によればレンズのコバ部に形成されている、内面反射防止膜は、耐環境、経年変化において、塗膜の劣化により、密着性を低下させ、剥がれ等を発生することがない。特に、内面反射防止用の塗料の下に更に反射防止性能を劣化させない程度の透明皮膜より成る下地層を形成することにより、密着性の高い、高性能な内面反射防止効果を有する光学素子を得ている。
【００２１】
［実施例２］
図２は本発明の実施例２の光学素子２１の要部断面図である。実施例２の光学素子２１はメニスカス形状の負レンズである。光学素子２１の材料にはアルカリ金属を１％以上含有する、ガラス材を使用した。光学素子２１の非光線有効部となるコバ部２３は実施例１と同様に加工を行った。そして光学素子２１のコバ部２３の加工が終了後、レンズ洗浄機で洗浄後、レンズ面２２ａ、２２ｂのうち一方のレンズ面２２ａの光線有効部に反射防止膜として真空蒸着法で無機系皮膜からなる誘電体反射防止膜を形成した。また他方のレンズ面２２ｂの光線有効部に反射防止膜として酸化アルミニウムを含有する材料からなる平均ピッチが使用波長以下の微細な凹凸形状の複数の構造部を有する反射防止構造体２５（図中破線で示す）を形成した。
【００２２】
微細凹凸形状の構造部を有する反射防止構造体２５（図中破線で示す）はコバ部２３の内面反射防止用の下地層２７、塗膜２８等の形成後に加工を行った。実施例１と同様に非光線有効部であるコバ部２３には、使用波長において実質的に透明な塗膜のシランカップリング剤より成る皮膜を含む１以上の膜より成る下地層２７として塗布した。下地層２７の厚さＤは干渉によるリップルが出ない程度の０．１ｎｍ＜Ｄ＜１００ｎｍ程度が望ましい。その上には、使用波長において実質的に不透明なレンズ内面反射防止塗料（キヤノン化成株式会社製，商品名：GT-7）からなる塗膜２８を形成し、さらにその塗膜２８の上には実質的に透明な塗膜を保護膜２９として形成した。
【００２３】
図２では，塗膜２８，保護膜２９ともデフォルメされ，非常に厚く描かれているが，塗膜２８と保護膜２９の実際の厚さは各々１〜１００μｍ程度である。また，保護膜２９は，塗膜２８の端部も含め全体を覆うように形成するのが望ましい。非光線有効部であるコバ部２３の内面反射防止用の膜２７、２８を形成後、光線有効部のレンズ面２２ｂに微細凹凸形状の構造部を有する反射防止構造体２５を形成した。反射防止構造体２５の形成方法は次のとおりである。光線有効部のレンズ２２ｂを純粋リンス，アルコールで洗浄し、レンズ面２２ｂを上向きに真空チャック式の回転ステージに載せた。光学素子２１の光線有効部のレンズ面２２ｂの中央に酸化アルミニウムを含有する塗布液を適量滴下し、３０００ｒｐｍで３０秒間回転させ、１００℃以上のオーブンで３０分以上かけて焼成した。ここでは、スピン塗工条件を約３０００ｒｐｍで３０秒間程度としたが、本実施例はこれに限定するものではなく、所望の膜厚を得るために塗工条件を変えても構わない。また，スピンコート法に限らず，ディップコート法、スプレーコート法などを用いても良い。
【００２４】
次に酸化アルミニウム塗工済みの光学素子２１を８０℃の温水中に３０分浸漬した後、乾燥させた。完成した光学素子２１は光線有効部のレンズ面２２ｂに花弁状透明アルミナ膜より成る反射防止構造体２５が形成され，優れた透過率特性を示した。さらに、非光線有効部のコバ部２３に形成されている、内面反射防止用の膜２７、２８は劣化することなく形成されており、内面反射防止の性能が高く、外観も優れた、高品位で高性能な光学素子２１を得ることができた。ここでは、光線有効部のレンズ面２２ａには、誘電体反射防止膜を形成し、レンズ面２２ｂには平均ピッチが使用波長以下の微細凹凸形状の構造部を複数有する構成の反射防止構造体２５を設けたが、本実施例はこれに限定するものではない。光線有効部のレンズ面２２ａ，２２ｂ共に、微細凹凸形状の構造部を有する反射防止構造体としても良いし、誘電体反射防止膜としても良い。
【００２５】
以上のように各実施例によれば、耐環境性による経年劣化を抑制した、外観的に良好な高性能な反射防止特性を有する光学素子を得ることができる。それにより，透過光量が高く、フレアやゴーストなどの有害光の発生を抑制した、高品位な光学素子が得られる。
【００２６】
［実施例３］
図３は，本発明の実施例３の光学系のレンズ断面図である。実施例３の光学系はデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適な撮像光学系（結像光学系）であり、実施例１又は２の光学素子を一以上有している。図３において光学系１０１は、実施例１又は２で示したメニスカス形状の負レンズからなる光学素子３１を有している。光学素子３１の光線有効部のレンズ面３２ｂには、酸化アルミニウムを含有する材料からなる、ピッチが使用波長以下の微細凹凸形状の構造部より成る反射防止構造体３４（図中破線で示す）が設けられている。非光線有効部のコバ部３３には，使用波長において実質的に不透明な塗膜３６が形成されている。非光線有効部のコバ部３３は粗面になっており、粗面上と塗膜３６の間には使用波長で透明な皮膜を１層以上形成した下地層３５が形成されている。
【００２７】
下地層３５を設けたことにより、反射防止構造体３４をレンズ面３２ｂに形成する際の熱処理においても、実質的に不透明な塗膜３６とコバ部３３の密着性が向上している。また、耐環境、経年変化においても、塗膜３６の劣化や塗膜の浮き、剥がれを防いでいるため、内面反射防止の性能が高く、外観も優れた、高品位で高性能な光学素子を実現している。光学系１０１は、光学素子３１の光線有効部のレンズ面３２ｂでの透過率が高く、非光線有効部のコバ部３３での反射率が低い。このため、コバ部３３で反射した光束によるフレアやゴーストの発生原因となる有害光を抑制し、かつ外観も優れた、高品位で高性能な光学系を実現している。
【００２８】
本実施例では，光学系として撮像光学系（結像光学系）の場合を示したが、これに限定するものではなく、観察光学系であっても構わない。本実施例の光学系は、カメラなどの光学装置に搭載する場合に好適である。
【符号の説明】
【００２９】
１，２１，３１；光学素子  ２ａ，２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ；レンズ面  ３，２３，３３；コバ部  ４，５，２４；反射防止膜  ２５，３４；使用波長以下の構造部を有する反射防止構造体  ６，２６；粗面  ７，２７，３５；下地層  ８，２８，３６；塗膜  ２９；保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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